¿Se puede derivar el coeficiente de fricción a partir de los fundamentos?

Es común querer derivar leyes macroscópicas de lo que conocemos microscópicamente; después de todo, dada una descripción microscópica (correcta), todo lo más grande debería seguir.

¿Se ha hecho alguna vez para calcular un coeficiente de fricción estática/cinética simplemente a partir de las propiedades fundamentales de los materiales? (por ejemplo, la estructura cristalina o las fuerzas intermoleculares). Busqué durante algún tiempo en Internet y no encontré nada (aunque mis resultados estaban saturados de problemas de física clásica).

Si se ha hecho, ¿cuál ha sido la estrategia general?

No. La fricción es una fuerza termodinámica, por lo que depende de la termodinámica del proceso que la provoca, y eso no es universal. Uno puede hacer que las fuerzas de fricción sean tan grandes por el simple patrón de la superficie que los materiales se romperán o desgastarán antes de que las superficies comiencen a moverse una contra la otra. Así es como funcionan herramientas como un archivo.
El coeficiente de fricción m no es para un material específico. Es una propiedad combinada para las dos superficies que se tocan, una propiedad del sistema actual . Si desea ver la rugosidad de un solo material, eche un vistazo a la R a valor, por ejemplo, cuál es el más común, o cualquiera de los otros medios matemáticos para describir eso .
@CuriousOne Pensé que solo había cuatro fuerzas fundamentales. 'Fuerza termodinámica' es nuevo para mí. Habría adivinado que la fricción es fundamentalmente una fuerza electromagnética. Y hay otra opción sobre la rotura o el cizallamiento: puede tener una fluencia elástica.
Una fuerza termodinámica es aquella que es causada por movimientos microscópicos aleatorios en el medio, como la presión del gas. Estas fuerzas son muy diferentes de las cuatro fuerzas fundamentales. La fricción, en general, no es una fuerza electromagnética, aunque se puede identificar un componente electromagnético responsable de algunos tipos de fricción. La fricción puede ser causada simplemente por la geometría, piense en las fuerzas entre los engranajes y tiene que causar calentamiento porque es una fuerza no conservativa, de ahí la necesidad de la termodinámica.
Apuesto a que si lo piensa lo suficiente, podría haber un enfoque para derivar un modelo que conduzca a un resultado estadístico. El 'coeficiente de fricción' proviene de un modelo lineal altamente idealizado. Hay modelos no lineales que brindan predicciones mucho mejores de las fuerzas de fricción, como el modelo de Dahl abordado, entre otros, en el artículo aquí: mate.tue.nl/mate/pdfs/11194.pdf . Pero estos modelos no se derivaron de los fundamentos.
Sí, se ha hecho. Véase Teoría de los primeros principios de la fricción a escala atómica Phys. Rev. Lett. 64, pág. 3054 – Publicado el 18 de junio de 1990
Tenga en cuenta que el simple F F r = m F norte La relación que aprendes en la introducción a la física no es del todo correcta. Por ejemplo, en ese enlace que proporciona el pentano, el derivado m es una función de la fuerza normal.

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Fundamentalmente, esto no es diferente de calcular la fricción en un fluido (viscosidad de corte). La teoría de la viscosidad se remonta a Maxwell y Boltzmann, y los cálculos microscópicos son posibles para muchos fluidos. La fricción sólida es más complicada, porque obviamente importa la preparación exacta de la superficie. Por lo tanto, las teorías de los primeros principios se concentran en superficies cristalinas idealizadas; véanse, por ejemplo, estos dos artículos. En estos días, se pueden estudiar sistemas como este y probar teorías utilizando dispositivos a nanoescala. Este campo se conoce como nano-tribología.

En general, sí. Pero se ha hecho solo para coeficientes de fricción estática.

La comunidad de tribología investiga intensamente la forma en que interactúan dos superficies en contacto. En particular, el campo que explora la mecánica de la interacción se denomina mecánica de contacto.

Abordar los problemas de la mecánica de contacto de forma analítica/numérica a menudo se realiza resolviendo las ecuaciones de elasticidad. Al predecir cuantitativamente las fuerzas y la deformación de los cuerpos en contacto, se puede calcular el coeficiente de fricción. Se han llevado a cabo muchas investigaciones sobre el tema: desde el trabajo innovador de Hertz hasta artículos más contemporáneos como A Static Friction Model for Elastic-Plastic Contacting Rough Surfaces y Static Friction Coficient Model for Metallic Rough Surfaces .

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